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3.1系统软件结构
系统软件采用并行逻辑结构,主要分为主控部分和被控部分。根据各设备在网络中的角色不同,自行切换到相应的模式。系统默认为被控模式,即接收模式。系统程序由初始化程序、中断程序、接收发送程序、温度控制程序及终端人机交互程序等构成。初始化程序包括单片机初始化、MT8888预置模式、按键初始化、显示初始化等。系统上电后执行初始化程序,完成后进入待机状态,等待收发中断信号,从而判断是否主控。当有按键中断产生时,系统进入主控发送模式,通过解析按键信息,执行发送动作,将温湿度调节信号经电力线网络发送。处于被控接收模式的设备,在MT8888收到接收中断后,耦合卸载电力线数据。通过单片机解析收到的数据信息,判断是否是本机需要执行的操作。若是则控制温湿度调节模块执行操作,否则放弃信息。同时,每台设备还间隔2s将本地状态广播给电力线网络上的其他设备。从而让使用者可以在任一设备了解及控制所有设备。为了增强系统的稳定性和抗干扰能力,单片机通过中断信号唤醒工作,在判断中断信号的合法性后再执行操作,可以避免误操作和毛刺信号等干扰,同时利用看门狗定时器,保证了系统的稳定可靠。系统软件框图如图4所示。
3.2PID控制算法
系统将传感器采集的数据与设定值比较,通过PID算法,经单片机发送控制量e(k)=(测量值-设定值),调节温箱温湿度。由于温湿度的测控响应缓慢有滞后性,本文采用增量PID算法[6],并进行简单的调整,以克服超调和振荡。其公式为:
本系统以单片机为核心,以电力线网络作为传输通道,通过PID算法实现对同一网络的各温箱设备的温湿度控制,是集监测、管理、控制于一体的计算机测控设备。实验证明本系统成本低廉,安装调试方便,工作稳定,抗干扰能力强。可增添其他传感器测控模块,适用于需要分散布局的应用环境,有较强的实用性。
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